轉(zhuǎn)錄因子Snail與腫瘤的上皮細胞間質(zhì)化

李林 綜述 吳志浩 周清華 審校

作者單位：300052 天津，天津醫(yī)科大學總醫(yī)院，天津市肺癌研究所，天津市肺癌轉(zhuǎn)移與腫瘤微環(huán)境實驗室（通訊作者：吳志浩，E-mail:zwu2ster@gmail.com；周清華，E-mail: zhouqh1016@yahoo.com.cn）

腫瘤對人體的危害極大，其引起的死亡大多是因為腫瘤轉(zhuǎn)移。腫瘤的轉(zhuǎn)移是一個十分復雜的過程，它是多種基因參與的結(jié)果，不僅僅是遺傳性狀的改變，還包括細胞與細胞之間、細胞與細胞外基質(zhì)之間的相互作用。一些在胚胎發(fā)育中起著重要作用的基因常常在癌組織中重新激活，提示其可能有促進腫瘤發(fā)生和/或轉(zhuǎn)移的作用。腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移是通過細胞粘附分子的改變而實現(xiàn)的，這些粘附分子也是許多致癌因素最終的作用位點。而上皮細胞間質(zhì)化（epithelial-mesenchymal transition,EMT）與腫瘤細胞的原位侵襲和遠處轉(zhuǎn)移有著密切的關系[1,2]。因此對于細胞粘附分子在EMT中的作用一直是國內(nèi)外研究的熱點。這對于揭示腫瘤發(fā)生發(fā)展的細胞分子生物學機制有重要的意義，同時也開拓了思路，為腫瘤治療的新方法、新途徑提供了有力的依據(jù)。

1 EMT的概念

EMT是指具有極性的上皮細胞轉(zhuǎn)換成為具有活動能力的間質(zhì)細胞并獲得侵襲和遷移能力的過程，最早被用于描述胚胎發(fā)育中某些特定部位的上皮細胞發(fā)生的形態(tài)學改變，如中胚層以及神經(jīng)嵴的形成等。它存在于人體多個生理和病理過程中。腫瘤發(fā)生EMT時，上皮細胞表型發(fā)生可逆的改變，上皮細胞失去了細胞與細胞之間正常的結(jié)構(gòu)，包括上皮細胞極性的喪失和間質(zhì)特性（成纖維細胞樣的外形、波形蛋白等基因的表達）的獲得，細胞之間彼此分離，獲得活動能力并抵抗凋亡。最近，有種類似的轉(zhuǎn)化也被歸類到EMT中，稱為不完全EMT，常見于傷口愈合或血管生成[3]，細胞既具有一些上皮細胞的特性，也表現(xiàn)部分間質(zhì)細胞的特征。其與完全EMT不同的是，細胞之間的粘附位點和橋粒盡管較為稀疏但仍然存在，細胞骨架改變但仍然表達角蛋白，具有粘附力的同批細胞同步移行[3]。在腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移中，EMT和不完全EMT過程均可發(fā)生。

2 轉(zhuǎn)錄因子Snail的分子結(jié)構(gòu)和功能

Snail是近年發(fā)現(xiàn)的鋅指轉(zhuǎn)錄因子，屬于轉(zhuǎn)錄因子中的Snail超家族成員。其第一次是在果蠅中被描述，Snail突變的果蠅胚胎表現(xiàn)為原腸胚缺陷，經(jīng)證實與E-cadherin下調(diào)有關[4]。Snail家族成員包括Snail 1（snail）、Snail 2（slug）和Snail 3（smuc），均在脊椎動物胚層形成中起重要的作用[5]。在胚胎發(fā)育中，Larue等[6]描述在Snail的刺激下上皮細胞可向間充質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化并形成中胚層和神經(jīng)嵴。

Snail家族成員在結(jié)構(gòu)上具有很高的相似性，由一個高度保守的羧基末端和一個高度可變的氨基末端構(gòu)成，各成員間結(jié)構(gòu)上的不同主要表現(xiàn)在中間P-S富集區(qū)。其中C-末端包含4個-6個C2H2型的鋅指DNA結(jié)合區(qū)域，可以與含有E-box（CAGGAG）的啟動子序列結(jié)合，每個鋅指包含兩個β鏈和一個α螺旋，α螺旋的氨基末端結(jié)合在DNA大溝上，兩個保守的C2H2與鋅離子協(xié)同作用[5]。

Cheng等[7]分析了乳腺導管癌中E-cadherin失活的不同機制，提出了Snail在人原位癌中表達并確定了Snail的表達與E-cadherin的減少或缺失有關。Snail氨基末端的SNAG反式激活區(qū)域（Snail Gfi）是Snail的轉(zhuǎn)錄抑制作用關鍵部位。Comijn等[8]研究發(fā)現(xiàn)，切除SNAG區(qū)域的Snail蛋白沒有抑制E-cadherin啟動子的活性，表明SNAG區(qū)域?qū)τ赟nail抑制E-cadherin啟動子的活性是必不可少的。Snail通過Sin3A[9]介導，與組蛋白脫乙酰酶HDAC1和2形成抑制復合物來下調(diào)E-cadherin的表達。在果蠅中Snail沒有SNAG結(jié)構(gòu)域但含有PxDLSx序列，與協(xié)同抑制物CtBP相互作用來抑制基因表達[5,10]。

Snail通過抑制E-cadherin不僅可以下調(diào)上皮細胞標記蛋白的表達，同時也促進間質(zhì)細胞標記蛋白的表達；而E-cadherin過表達可以反過來抑制Snail對間質(zhì)細胞標記蛋白的誘導[11]。但這些間質(zhì)細胞標記蛋白的激活并不完全是由E-cadherin降低引起的，在E-cadherin表達缺陷的細胞中Snail也可以促進間質(zhì)細胞標記蛋白的表達。有研究[12]表明，Snail在胞核中與β-catenin相互作用，可激活Wnt通路的靶基因，說明在某些情況下，Snail可以直接作為激活分子發(fā)揮作用。

Snail蛋白的中央?yún)^(qū)域起著調(diào)節(jié)其穩(wěn)定性和定位的作用，在這一區(qū)域內(nèi)有許多磷酸化位點。GSK-3β可以磷酸化Snail的Ser104和107位點，從而暴露出位于氨基酸132-143位點之間的出核轉(zhuǎn)運序列來促進Snail的出核。在胞漿中Snail被GSK-3β進一步磷酸化后[13]，與β-TrCP1泛素連接酶結(jié)合，導致其泛素化和降解[14]。這種磷酸化可以被SCP（small C-terminal domain phosphatase）抑制，其可以使Snail穩(wěn)定在胞核內(nèi)[15]。Snail也可以通過磷酸化其它位點來調(diào)節(jié)其活性。蛋白激酶A和CK2分別磷酸化Snail的Ser11和92位點來加強對E-cadherin的抑制和與Sin3A協(xié)同抑制物的相互作用[16]。PAK1可以磷酸化Snail的C-末端使其停留在細胞核內(nèi)[17]。除了β-TrCP1，Snail還可以與另外一種E3泛素連接酶-FBXL14相互作用，促使其泛素化和降解[18]。FBXL14與Snail中央?yún)^(qū)域的氨基酸120-151位點相互作用，與β-TrCP1不同的是，它們的結(jié)合并不是依賴前面提到的磷酸化，但泛素連接酶卻都是通過Lys138和146發(fā)揮作用的。

3 轉(zhuǎn)錄因子Snail與鈣粘蛋白E-cadherin的相關性

E-cadherin是鈣黏附素中的重要成員，也稱為L-CAM、CAM120/80或Arc-1，是Ca2+依賴性跨膜糖蛋白，分為細胞外區(qū)、跨膜區(qū)和細胞內(nèi)區(qū)。其細胞外區(qū)的組-丙-纈（HAV）序列為識別位點，以此來識別和介導同種細胞間的粘附反應[19]。E-cadherin普遍存在于各類上皮細胞中，在維持正常的細胞形態(tài)、細胞極性和組織結(jié)構(gòu)完整性中起著重要的作用[20]。在正常的上皮細胞中，E-cadherin穩(wěn)定表達，但在多種上皮性腫瘤中其表達下調(diào)[21]。E-cadherin表達的減少或喪失，使細胞間的粘附力減弱，腫瘤細胞易于從原發(fā)灶上脫落。而腫瘤細胞從原發(fā)部位脫落是腫瘤浸潤和轉(zhuǎn)移的第一步[22]。

E-cadherin被認為是Snail直接作用的靶基因，Snail主要以鋅指區(qū)域與E-cadherin啟動子上的E-box序列結(jié)合，達到抑制E-cadherin轉(zhuǎn)錄的作用[2]。有研究[23]表明，在正常的黑色素細胞中E-cadherin高表達而Snail低表達，但在各種黑色素細胞瘤細胞系中，Snail表達明顯升高而E-cadherin明顯降低。Olmeda等[24]證實，通過RNA干擾技術來沉默MOCK-Snail細胞中Snail的表達，可以引起E-cadherin表達明顯的增高。由此可知，Snail表達的升高與E-cadherin表達的降低密切相關。

4 Snail對EMT的作用及與腫瘤轉(zhuǎn)移的關系

在胚胎的中胚層及神經(jīng)嵴的發(fā)育中，Snail是必不可少的，它觸發(fā)了細胞的EMT，促使細胞從原條和神經(jīng)管分層以及隨后的移動[6]。在脈絡膜新血管生成中，Hirasawa等[25]也證明了Snail是視網(wǎng)膜色素細胞EMT的主要調(diào)控因子。EMT是腫瘤發(fā)展的決定因素， E-cadherin的表達降低或缺失是EMT發(fā)生的標志，而Snail通過抑制E-cadherin的表達來促進EMT的發(fā)生。Snail在浸潤性乳腺癌的上皮及內(nèi)皮細胞中過表達，而在正常乳腺組織的上皮及內(nèi)皮細胞中不表達[26,27]。在對鱗狀細胞癌的研究[28]中發(fā)現(xiàn)，E-cadherin表達陰性的克隆細胞中Snail高表達且侵襲能力強，E-cadherin表達陽性的克隆細胞幾乎檢測不到Snail的表達且侵襲力弱。E-cadherin陰性的鱗狀癌細胞表現(xiàn)為間皮細胞的形態(tài)特征，同時與E-cadherin陽性細胞相比，體外侵襲力增強[29]。將Snail轉(zhuǎn)染到E-cadherin陽性的肝癌細胞Li-7后，E-cadherin的表達喪失且細胞的侵襲性增強[30]。利用RNA干擾技術來沉默細胞中的Snail表達，不僅可以引起E-cadherin表達的增加，同時可以使細胞的侵襲力減弱[24]。Natsugoe等[31]通過對194例食管鱗狀上皮癌病例進行分析，發(fā)現(xiàn)相對于E-cadherin表達較高的細胞，E-cadherin表達降低的細胞侵襲力增加并有更多的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和淋巴侵襲；而Snail表達陽性的細胞比Snail陰性的細胞侵襲能力更強，累及更多的淋巴組織。E-cadherin低表達或Snail高表達的患者臨床表現(xiàn)也較差，且總生存率明顯低于E-cadherin高表達或Snail低表達的患者。在非小細胞肺癌模型的體內(nèi)及體外實驗也證實了Snail可以誘導EMT[32]。近年來，研究[33]表明Snail也可以通過調(diào)節(jié)其它因子來促進腫瘤的發(fā)展。在結(jié)腸癌中，Snail通過上調(diào)IL-8及其它基因，誘導腫瘤干細胞的活性。在前列腺癌中Snail通過調(diào)節(jié)氧化應激酶來促進ROS誘導的EMT，從而促進腫瘤的發(fā)展[34]。

5 小結(jié)

Snail在上皮細胞中過表達使得細胞向成纖維細胞轉(zhuǎn)化，同時E-cadherin表達降低，腫瘤發(fā)生并獲得侵襲性和轉(zhuǎn)移性。近年來，Snail在腫瘤轉(zhuǎn)移中的作用越來越受到關注。揭示Snail的功能和作用機制，不僅可以明確腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移機制，同時也為腫瘤的治療和預防提供了新的思路。但是目前對Snail的研究仍有許多問題不甚明確：Snail在抑制E-cadherin表達、誘導EMT時，這些細胞因子是怎樣協(xié)同作用的，通過哪些信號通路，這些細胞因子是否也調(diào)控其它基因的表達來促進EMT，Snail是否可以直接調(diào)控其它因子來促進EMT及其機制等。這些復雜的問題需要我們進一步的探討和研究，希望能夠為上皮腫瘤的治療和預防提供更有利的依據(jù)。